De combinatie van gastheergenexpressieprofilering en detectie van metagenomische pathogenen uit plasma-nucleïnezuur maakt een nauwkeurige diagnose van sepsis mogelijk

In een recente studie gepubliceerd in Natuur Microbiologieontwikkelden onderzoekers geïntegreerde gastheer-microbe plasma-metagenomica om de diagnose van sepsis te vergemakkelijken.

Studie: Geïntegreerde gastheer-microbe plasma-metagenomica voor sepsis-diagnose in een prospectief cohort van ernstig zieke volwassenen.  Afbeelding tegoed: Kateryna Kon/Shutterstock
Studie: Geïntegreerde gastheer-microbe plasma-metagenomica voor sepsis-diagnose in een prospectief cohort van ernstig zieke volwassenen. Afbeelding tegoed: Kateryna Kon/Shutterstock

Achtergrond

Sepsis is verantwoordelijk voor 20% van alle sterfgevallen wereldwijd en 20% tot 50% van de ziekenhuissterfte in de Verenigde Staten. Voor tijdige en effectieve antibiotische therapie die cruciaal is voor de overleving van sepsis, zijn initiële detectie en identificatie van microbiële infecties vereist. In meer dan 30% van de gevallen worden echter geen etiologische pathogenen geïdentificeerd. Het is essentieel om sepsis te onderscheiden van niet-infectieuze systemische aandoeningen, omdat ze vaak klinisch vergelijkbaar lijken tijdens ziekenhuisopname.

Over de studie

In de huidige studie creëerden onderzoekers een diagnostisch hulpmiddel voor sepsis dat gastheertranscriptieprofilering combineerde met brede identificatie van pathogenen.

In twee tertiaire zorgziekenhuizen voerde het team een ​​prospectief observatieonderzoek uit van ernstig zieke volwassen patiënten die waren opgenomen op de intensive care (ICU) van de afdeling spoedeisende hulp (ED). Patiënten werden verdeeld in vijf subgroepen op basis van de aan- of afwezigheid van sepsis. Deze patiënten omvatten degenen die: (1) klinisch beoordeelde sepsis hadden, evenals bevestigde bacteriële bloedbaaninfectie (SepsisBSI); (2) klinisch vastgestelde sepsis en een bevestigde niet-bloedbaaninfectie (Sepsisniet-BSI); (3) vermoedelijke sepsis gekenmerkt door negatief klinisch microbiologisch onderzoek (Sepsis)vermoedelijke); (4) patiënten zonder bewijs van sepsis en een verklaring voor hun kritieke ziekte (No-sepsis); of (5) patiënten met een onbepaalde status (onbepaald).

Door ribonucleïnezuur (RNA)-sequencing uit te voeren op volbloedmonsters, onderzocht het team eerst transcriptionele variaties tussen patiënten met klinisch en microbiologisch bewezen sepsis en patiënten zonder symptomen van infectie. Een techniek genaamd gene set enrichment analysis (GSEA) detecteert clusters van genen binnen een dataset met gerelateerde biologische functies.

Een differentiële genexpressie (DE) studie over de SepsisBSI en sepsisniet-BSI groepen werd uitgevoerd om verdere variaties te identificeren tussen sepsispatiënten met infecties in de bloedbaan versus perifere plaatsen. Het team ontwikkelde een universele diagnostische classificatie voor sepsis op basis van genexpressiepatronen in volbloed als reactie op de praktische vereiste om sepsis bij sepsis te diagnosticerenBSI evenals sepsisniet-BSI patiënten. Het team maakte gebruik van een leerstrategie voor het leren van de ondersteuningsvectormachine (bSVM) om de genen te kiezen die patiënten met sepsis (Sepsis) het meest succesvol onderscheidden.BSI en sepsisniet-BSI) en die zonder sepsis (No-sepsis).

Een mediaan van 2,3 × 107 reads werden verkregen na sequencing van het RNA van verkregen patiënten van wie plasmaspecimens beschikbaar waren. Verder werd DE-analyse uitgevoerd om te bepalen of een biologisch plausibel signaal kon worden gebruikt om patiënten te onderscheiden die wel en geen sepsis hadden.

Resultaten

Exacerbatie van hartfalen, overdosering/vergiftiging, hartstilstand en longembolie waren de meest gediagnosticeerde aandoeningen in de groep zonder sepsis. Ongeacht de subgroep hadden de meeste patiënten vasopressorondersteuning en mechanische ventilatie nodig. Patiënten in de sepsisBSI en sepsisniet-BSI die sepsis hadden bewezen, vertoonden geen enkel verschil met patiënten zonder sepsis met betrekking tot leeftijd, geslacht, ras, etniciteit, APACHE III-score, immuuncompromis, intubatiestatus, maximaal aantal witte bloedcellen of mortaliteit na 28 dagen. In de groep patiënten zonder sepsis vertoonden op één na alle patiënten twee of meer criteria voor het systemische inflammatoire responssyndroom (SIRS).

De studie onthulde ook de neerwaartse regulatie van routes die verband houden met de verwerking en translatie van ribosomaal RNA, samen met de opregulatie van genen die betrokken zijn bij aangeboren immuunsignalering en neutrofiele degranulatie bij sepsispatiënten. Met behulp van DE-analyse vond het team 5.227 genen. de sepsisniet-BSI cohort vertoonde verrijking in genen geassocieerd met defensines, antimicrobiële peptiden en G-alfa-signalering, evenals andere routes. Aan de andere kant, de SepsisBSI cohort toonde verrijking in genen geassocieerd met immunoregulerende interacties tussen niet-lymfoïde en lymfoïde cellen en CD28-signalering, naast andere functies.

Het bSVM-model vertoonde een gemiddeld kruisvalidatiegebied onder de receiver operating karakteristieke (ROC) curve (AUC) van 0,81. Monsters met transcripten die lager waren dan de drempel voor kwaliteitscontrole (QC) hadden een lagere gemiddelde invoermassa dan monsters met voldoende tellingen.

Interessant is dat een aantal differentieel tot expressie gebrachte genen zijn geïdentificeerd als sepsis-biomarkers, waaronder verhoogd CD177, onderdrukt humaan leukocytenantigeen – DR-isotype (HLA-DRA), wat wijst op een biologisch significante transcriptoomsignatuur van plasma-RNA. In de sepsisniet-BSI groep, onthulde plasma deoxyribonucleïnezuur (DNA) metagenomic next-generation sequencing (mNGS) drie van de acht bacteriële urineweginfectie (UTI) pathogenen en twee van de 25 bacteriële lagere luchtweginfectie (LLTI) pathogenen. Geen van de drie patiënten met ernstige colitis veroorzaakt door C. moeilijk had deze ziekteverwekker. Bij acht van de 73 patiënten met bewezen sepsis werden aanvullende potentiële bacteriële pathogenen gevonden die niet door kweek werden geïdentificeerd.

Conclusie

Over het algemeen toonden de onderzoeksresultaten aan dat een betrouwbare sepsisdiagnose wordt vergemakkelijkt door de combinatie van gastheergenexpressieprofilering met identificatie van metagenomische pathogenen uit plasma-nucleïnezuur. Toekomstig onderzoek is nodig om het therapeutische nut van deze cultuuronafhankelijke diagnostische strategie te verifiëren en te meten.

Referentie tijdschrift:

  • Kalantar, K., Neyton, L., Abdelghany, M., Mick, E., Jauregui, A., & Caldera, S. et al. (2022). Geïntegreerde gastheer-microbe plasma-metagenomica voor sepsis-diagnose in een prospectief cohort van ernstig zieke volwassenen. Natuur Microbiologie. doi: 10.1038/s41564-022-01237-2 https://www.nature.com/articles/s41564-022-01237-2

.

Kommentar verfassen

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert